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Previous issue date: 2015-05-29 / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Em algumas infecções bacterianas, o sistema imunológico não é capaz de eliminar completamente
o patógeno invasor. Nesses casos, o patógeno invasor é bem-sucedido em estabelecer
um ambiente favorável para a sobrevivência e persistência no organismo hospedeiro. Os
patógenos empregam diversas estratégias para sobreviver no hospedeiro. Dentre elas,
destacam-se: o vírus da imunodeficiência humana infecta células T CD4+ que são muito
importantes na resposta imune adaptativa, provocando dessa forma uma supressão dessa
resposta; a bactéria Mycobacterium tuberculosis persiste no hospedeiro infectando intracelularmente
macrófagos; a bactéria Staphylococcus aureus persiste no hospedeiro através da
produção de uma rede de fibrina que atua como uma barreira protetora contra o sistema
imune inato. No caso do Staphylococcus aureus e de outras espécies de bactéria, a
formação da rede de fibrina junto com outros mecanismos, como a secreção de toxinas,
dão origem a uma lesão conhecida como abscesso. Um abscesso é caracterizado como
uma área composta de bactérias, células do sistema imune (principalmente neutrófilos) e
muitos tipos de células mortas. A formação do abscesso pode ser vista como resultado
de uma série de estratégias utilizadas pelas bactérias para escapar da resposta imune e
estabelecer um ambiente favorável para persistir no hospedeiro. Este trabalho tem como
objetivo reproduzir algumas características do processo de formação de abscessos através
de simulações computacionais. As simulações computacionais têm como base modelos
matemáticos de equações diferenciais parciais. Os modelos matemáticos apresentados
neste trabalho foram desenvolvidos adotando-se uma abordagem incremental. Nessa
abordagem inicia-se o processo de modelagem desenvolvendo-se um modelo simplificado
que é capaz de reproduzir algum comportamento do fenômeno de interesse e, depois,
esse modelo é estendido acrescentando-se outras variáveis e processos de interesse. As
hipóteses, as variáveis, as relações entre as variáveis e os processos presentes nos modelos
matemáticos deste trabalho foram construídos com base em um estudo aprofundado que
foi realizado sobre a fisiopatologia do abscesso, envolvendo um contato com especialistas
da área experimental (microbiologistas, imunologistas e médicos), uma leitura extensiva
da literatura, além de análises de dados experimentais. Os modelos desenvolvidos foram
capazes de reproduzir algumas características observadas experimentalmente como, por
exemplo, a formação de uma colônia de bactérias na região central do abscesso, cercada por
uma rede de fibrina. Ao redor da rede de fibrina, foi observado um acúmulo de neutrófilos
mortos e neutrófilos vivos assim como nos dados experimentais. Os modelos também
foram capazes de reproduzir algumas características observadas no experimento in vivo
de depleção da resposta imune como, por exemplo, um aumento no número de abscessos,
com alguns abscessos contendo elevadas concentrações de bactéria e fibrina. / In some bacterial infections, the immune system is not capable of completely eliminating
the invading pathogen. In these cases, the invading pathogen is successful in establishing
a favorable enviroment to survive and persist in the host organism. The pathogens employ
different strategies to survive in the host. Among these strategies, we can highlight:
human immunodeficiency virus infects T CD4+ cells that are very important in the
adaptive immune response, causing a suppression of this response; bacteria Mycobacterium
tuberculosis persist in the host organism through the intracellular infection of macrophages;
bacteria Staphylococcus aureus persist in the host through the production of a fibrin
network that acts as a protecting barrier against the innate immune response. In the
case of Staphylococcus aureus and other bacteria species, the formation of a fibrin network
together with other mechanisms as, for instance, the secretion of toxins give rise to a lesion
known as abscess. An abscess is characterized as an area comprising bacteria, cells of the
immune system (mainly neutrophils) and many types of dead cells. The abscess formation
can be seen as the result of a series of strategies employed by bacteria to escape the immune
response and to establish a favorable enviroment to persist in the host. This work has the
objective of reproducing some characteristics of the process of abscess formation through
computational simulations. The computational simulations are based in mathematical
models of partial differential equations. The mathematical models presented in this work
were developed through an incremental approach. In this approach the modeling process
is initiated with the development of a simplified model that is capable of reproducing
some behavior of the phenomena of interest and then this model can be extended through
the addition of other variables and processes. The hypotheses, the variables, the relation
between variables and the processes considered in the mathematical models of this work
were constructed based on a study that was conducted about fisiopathology of the abscess,
envolving contact with experts of the experimental area (microbiologists, imunologists
and medical doctors), reading of the literature and analysis of experimental data. The
models developed in this work were capable of reproducing some characteristics observed
experimentaly as, for example, the formation of a bacteria colony in the central region of the
abscess, surrounded by a fibrin network. Surrounding the fibrin network, it was observed
an accumulation of dead neutrophils and healthy neutrophils as in the experimental data.
These models were also capable of reproducing some characteristics observed in the in
vivo experiment of immune response depletion as, for example, an increase in the number
of abscesses, with some abscesses containing high concentrations of bacteria and fibrin.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/3556 |
| Date | 29 May 2015 |
| Creators | Pigozzo, Alexandre Bittencourt |
| Contributors | Lobosco, Marcelo, Santos, Rodrigo Weber dos, Missiakas, Dominique, Karam Filho, José, Barra, Luis Paulo da Silva, Bastos, Flávia de Souza |
| Publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional, UFJF, Brasil, ICE – Instituto de Ciências Exatas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFJF, instname:Universidade Federal de Juiz de Fora, instacron:UFJF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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